通過電機和運動控制使自動化更加智能

曾敏

越來越低的生產成本，推動了無刷直流電機的廣泛使用和普及，尤其是當消費類無人機和電動自行車的引入，導致了無刷直流電機的大規模生產，在此之前，無刷直流電機曾一度只在高端工業中使用。隨著即插即用模塊在硬件上提供磁場定向控制或矢量控制，一度復雜的伺服驅動器的開發變得更加容易。即便伺服驅動器并被廣泛應用于醫療和保健設備中，我們仍不應該忘記步進電機。

許多工程師認為步進電機不如伺服驅動器。但是，步進電機控制已經從簡單的“無需調諧”控制方案取得了長足的進步。步進電機不僅僅只應用在某些簡單的應用里，越來越多的依賴于高扭矩和低速的高端應用也由步進電機驅動，比如從實驗室自動化到半導體處理，從3D打印再到4K監控攝像頭，這些應用要求工程師能夠使用無需額外變速箱的驅動系統。沒有變速箱意味著更少的磨損、更少的噪音和更低的開銷。

雖然步進電機提供了低成本的魯棒性和精度，但仍有噪音、振動，以及并不是很節能的缺點，但其驅動程序一點也不復雜；同時，微步操作與先進的電流斬波器和電壓斬波器相結合，允許步進電機使用自適應電流進行平穩、無噪聲的操作；再加上診斷功能和no hunting（即在靜止狀態下完全沒有運動），你可以輕松擁有一個實現完美的運動控制應用程序的業界領先的解決方案。對于需要閉環操作的應用，你只需要添加一個編碼器，它可以是一個作為一個位置傳感器的霍爾組件，這樣，你就擁有了一個沒有變速箱的完整的伺服驅動器！

就像電機控制在過去二十年里發生了變化一樣，開發應用程序的工程師的要求也在進步。今天，每個工程師都想使他們設計具備獨特之處，而不是開發一個看似復雜的驅動系統。簡約的外形設計、直觀的用戶界面、實時功能、功能安全性以及與云的數據收集和共享是工程師們新的關注點。坦率地說，工程師可能會認為電機和運動控制是阻礙了他的構想，所以他們更需要開發工具套件直接跨越這些障礙。

但是，用開發工具支持馬達并不是那么容易。原因很簡單：每個馬達都是不同的。電機參數不同，極數不同，反饋系統（如果有的話）也不同，電機可能需要針對特定的應用進行優化和微調，以及外部接口的多樣性。因此，通常由帶有特殊電機控制庫的微控制器和通用驅動板組成的“一刀切”解決方案將不起作用。

作為ADI的一部分，Trinamic提供了廣泛的開發板作為模塊化評估系統的一部分，并在系統支持軟件、工具和向導程序上進行了大量的投入。這些開發板幫助工程師快速設置一個原型應用程序，并嘗試不同的設置，微調驅動系統。一旦這些設置條件得到滿足，代碼就可以很容易地用C編譯和導出，以便在它們自己的固件中直接使用。Trinamic的開發板是經過MIT認證的開源設計，工程師可以免費使用這些資源。

電機和運動控制未來的第一個大趨勢是日益增加的復雜性導致系統更加智能化，需要系統實時做出決定，數據需要在源位置收集并在云中共享。第二個大趨勢是功能安全，使機器人可以與人類并肩工作，既可以是協作機器人，也可以是獨立的機器人，可以是拾取和放置裝置，也可以是吸塵器。為了實現這些趨勢，就需要工程師開發新的硬件，將處理器從實時關鍵任務中解放出來，使之實現更多的診斷、預測性維護和人工智能，并實現功能安全。